小鱼中的一个基因如何改变水生生态系统？

在不列颠哥伦比亚省温哥华岛的偏远地区，肯尼迪湖的深蓝色海域超过25平方英里。这个湖是三足动物和一种小鱼的栖息地，为进化研究提供了丰富的饲料。

这些带刺的鱼在海洋和淡水栖息地茁壮成长，存在于北美、欧洲和亚洲北部海岸的大多数内陆水域。对于科学家来说，这个物种有一个显著的变异特征，这是由一个基因控制的：骨骼的数量或骨骼上的“盔甲”。

根据宾夕法尼亚大学博士后研究员塞斯鲁德曼领导的一项新研究，这种基因在这种小鱼中的变异可能会改变更广泛的水生生态系统。研究人员发现，拥有更多盔甲的鱼会向周围的水中释放更多的磷。由于磷是水生生态系统中的关键元素，这种差异可能会对淡水或海洋区域的微生物、植物和藻类产生涓滴效应。

“基因组学在促进许多学科和子学科的生物研究方面发挥了如此重要的作用，”该工作的第一作者鲁德曼说，他在不列颠哥伦比亚大学(UBC)博士研究期间与同事一起完成了这项调查。“但我认为最重要的是，这项研究的动机是我们如何应用基因组学来帮助我们更好地理解生态系统。在某种程度上，我把这项工作看作是一个概念的证明，即不断变化的情况会影响个体基因中的生态。”

该团队使用新颖的方法来评估进化如何影响单个鱼类的元素组成，基本上将生物视为一堆原子——碳、钙、锶等。他们发现的进化表明，进化不仅可以区分海鱼的元素组成，还会影响其淡水对应物的组成，还会影响其从环境中吸收元素的能力。

“我认为进化确实影响了这些鱼的离子运动，这一事实令人惊讶，”鲁德曼谈到这项发表在《生态快报》杂志上的工作时说。

一般来说，海水中的粘性物质电镀较多，而淡水中的粘性物质较少。然而，肯尼迪湖的顽固种群并不常见，因为它有稳定的“低镀”和“高镀”鱼类种群，受Eda基因控制，是理想的研究场所。

当鲁德曼和他的同事们从湖里收集了两种鱼，并把它们放入过滤水中时，他们发现镀金量高的鱼比镀金量低的鱼排出更多的磷。他们还使用了更常见的与毒理学研究相关的方法来追踪放射性同位素，他们还发现镀覆量高的鱼消耗更多的钙。

这一发现表明，鱼类的Eda基因版本会影响其与周围环境的相互作用，从而可能导致整个生态系统的影响。

在研究的第二部分，鲁德曼和合著者在不列颠哥伦比亚省的其他地区观察了这种鱼，并从海洋环境中收集了鱼，其中通常有更多的鱼，或者与低水平相关的淡水鱼，以便找到种群已经适应当地环境的迹象以及这些变化的生态影响。为此，研究人员检查了鱼是由化学方法制成的。

“我认为这篇论文中相对较新的部分是，我们可以将这些生物视为化学混合物，”鲁德曼说。“当我们这样做时，我们可以清楚地将他们的变化与他们的变化联系起来。他们与环境互动的方式。”

研究小组发现，野生捕获的海鱼和淡水鱼的所谓“离子群”中的含量有很大不同。即使海鱼在淡水中养殖，淡水鱼在淡水中养殖，这些差异仍然存在。

然而，鱼也表现出适应新环境的迹象。

“我们发现，当将海鱼放入淡水中时，它们吸收磷的能力会增强，”鲁德曼说。"这是有道理的，因为磷实际上是淡水系统的限制因素."

总之，这项研究指出了一个罕见的情况，即科学家可以将遗传差异与物理特征联系起来，然后将这些特征与潜在的生态系统影响联系起来，因为其他生物可以利用鱼类挤压或吸收的元素。鲁德曼还指出，研究结果强调了影响这些生态影响的进化变化有多快。

鲁德曼说，达尔文说，进化是缓慢的，发生在永恒之中，生态发生在我们的后院。“但事实并非如此。在许多系统中，进化正在迅速发生，在一个夏天，果蝇将在十年内被迷惑。”

他补充说，快速进化是我们今天看到的不断变化的条件的一个特征，这将产生生态后果，并可能有一天帮助科学家预测物种将如何应对未来的挑战。

鲁德曼说：“这提供了一种方法，在确定未来条件下种群和物种的命运时，进化和生态可以紧密结合在一起。

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